葡萄進微波爐迸電漿閃光!最新論文解答原理

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不能放微波爐的東西很多,常見的有金屬物品或純水、雞蛋等,不是會出現小型閃電,就是有可能突然爆炸。雖然不知道一開始為什麼有人想把葡萄剖半微波,不過剖半但皮還相連的葡萄之間也會迸出火光,不小心可會引起火災的。

原本只是基於料理經驗的口耳相傳,雖然這個葡萄冷知識已經流傳一段時間,但是最近才有論文探討這道火光本質到底是什麼、現象發生的過程,並刊登在 PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States,美國國家科學院院刊)上。

微波葡萄因為其危險性和精彩的視覺效果,在 YouTube 上也成為熱門挑戰項目,但是在開始解釋背後的科學原理之前,還是得再三提醒最好別在自家嘗試,畢竟弄不好可能會把房子給燒了,我們還是看看論文實驗補充畫面就好。

經過研究人員搜集網路資料,普遍的假設是將葡萄「發火」的現象歸因於剖半葡萄像是天線,而中間連著的皮富含離子,因此成了電線,中間導電積蓄的電能激發空氣至電漿態,才會產生火光。

儘管這個推論相當合理,但這次的研究透過將微波爐的門移除,降低耀眼的火光來觀察,並在犧牲了 12 台微波爐和數不清的葡萄之後,得出了與原本假設不同的結論。

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Photo Credit: Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimerson PNAS

白話解釋起來,這篇論文表示其實葡萄之間產生的電漿,是由於微波爐用來加熱的微波(一種電磁波)波長在充滿水份的葡萄中傳導時大約是 1.2 公分(頻率 2.45GHz,在空氣中的波長則約 12 公分),正巧和葡萄直徑差不多。

此時電波就開始產生共振,葡萄交界處也就是電場交界處,進一步使得周圍氣體躍升至電漿態。所以肉眼看到的火光,就是電漿態的空氣。因此,葡萄之間不需要葡萄皮的連接,只要兩顆完整葡萄靠在一起就會產生電漿空氣,甚至不需要葡萄,只要和微波波長相同、富含水分與離子的鵪鶉蛋、泡鹽水的水球放在一起,都可以重現一樣的效果。

這篇論文還提到另一個關鍵,也就是水的反射讓含水介質可以大幅縮小微波波長。雖然這篇看起來像研究者在網路上亂逛而找到靈感的論文乍看很「好玩」,但其帶來的科學可能性卻不僅如此。

因為此篇論文提到電磁波的 MDRs 共振(morphology-dependent resonances),因為光也有電磁波特性,只要找到適合光波長的介質,未來也許可以將光裝在一個非常小的空間裡。

有興趣暸解更詳細內容的讀者可以參考論文原文

責任編輯:Mia
核稿編輯:李柏鋒

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